整機壓力測試 航空航天發動機的地面測試台

2021-10-14 12:23:17 字數 2519 閱讀 8368

地面也有不同的測試台,圖

一、圖二分別是漢莎和達美的。發動機測試台在乙個堅固的建築裡,達美的航發工程師說這是整個亞特蘭大最堅固的建築,要是**了,躲在這裡最安全了。

下圖是mtu航發漢諾瓦的測試台建築衛星**。進氣是從天上抽,然後經過90度的彎折,這時候會有亂流,然後經過乙個整流室,讓空氣冷靜一下,重新變得均勻再進入測試室。發動機排出的氣也是經過90度的彎折向天上排出去,這氣流還是挺猛的,所以這一片都劃出來是低空禁飛區,要是開個塞斯納172被ge90全推力從下頭吹,想想就很刺激啊!

這是室內的,主要是效能測試,比如發動機出廠(製造廠和修理廠)測試,資料有沒有到設計標準。或者是來接受維護保養的發動機上檯子跑一下來判斷是**有問題,什麼地方磨損嚴重需要拆開檢查更換零件,什麼地方還好可以等下次維護保養再拆。不同位置的磨損當然都會降低推力提高油耗,壓氣機喘震裕度降低等等。但是如何判斷是**最嚴重?這是一家航發廠的核心技術。如果整機全拆成乙個個零件檢查再裝配是更徹底,但是這成本肯定太高了,一台航發畢竟要一千到幾千萬美元表價,在廠子裡放一天就是很大的資金成本。

航發的室內測試主要是效能,相對於室外測試更溫柔。有一些暴力的實驗,比如模擬鳥擊,吞水吞冰,極寒啟動,風扇斷裂後外殼的包容性等等都要在室外實驗驗證。這是發動機型號的適航性認證需要做的實驗,或者說是適航證要求,不做這個不讓上天。像破壞性實驗也幾乎只能做一次,要是上檯子試驗了一下給炸的稀碎,改設計改材料再造一台試驗機再上台測,會產生巨大的資金壓力。就算沒有任何資金壓力,這機子估計也是趕不上配套飛機的首飛了,更別提改了設計以後對整機效能的影響。機子效能在立項開始研發時候都是公司簽合同承諾的,達不到就賠違約金吧。(絕對是操著賣白粉的心,掙著賣白菜的錢)

講個故事吧,我有一次看到乙個極寒啟動受傷的渦扇發動機齒輪箱內液壓幫浦,發動機手冊最低啟動溫度零下30度,那台是零下33度啟動,齒輪箱外殼是鋁的,齒輪是鋼的,熱障率不一樣,外殼縮的比齒輪多的超過容忍範圍,發動機轉起來以後鋼齒輪咬進鋁外殼,驅動軸上預開的槽生效讓軸扭斷了,發動機繼續執行,但是這台就不能提供液壓了。當然液壓系統還有冗餘,別的系統頂上,最後沒出事。

渦扇發動機的齒輪箱,提供電力和液壓等動力,被高壓軸驅動

出事的那個液壓幫浦結構

要頂住別跑,不是很難吧,架子做結實點,跟地面搞牢靠了,發動機推力最大也就幾十噸嘛。

火箭發動機動輒上百噸,甚至幾百噸的推力,要是上層建築沒搞牢靠,就給頂飛了。

上層火箭發動機的真空測試台當然長得跟這個完全不一樣了,這是一級火箭的,在地面上大氣層內點火的。噴那麼多水乙個是為了吸收火箭發動機排出氣的能量,還乙個是吸收聲學震動,降低噪音。氫氧火箭燃燒室功率巨大,這暴躁的能量必須得被暴力的吸收。阿麗亞娜5號的主火箭火神2,燃燒室平均每一方公尺的功率為85g瓦,ssme要高出更多因為燃燒室壓力大(火神2燃燒室壓力117個大氣壓,而ssme有189個大氣壓因為它採用了分級燃燒,而不是火神2的燃氣發生器迴圈)。相比之下我們城市旁邊管我們這一片電力**的電廠發電功率只有2g瓦,它旁邊就是個露天煤礦,我還在這煤場上面開過幾圈飛機。雖然拿化學能釋放功率和發電功率比不公平,但是可以給人乙個直觀的概念,火箭發動機有多大的能量。(以及**大眾高爾夫的1.6自吸發動機81千瓦功率,85g瓦是這個數字的超過一百萬倍)

黃色的是露天煤礦,紅框裡是電廠,我們這煤的質量很差啊,不過幸好空氣還湊合

離子發動機的測試台是需要真空的,下面上了一張圖。關於這種發動機的原理,我寫了一大篇文章,過幾天等在雜誌上刊發以後在知乎再發出來。

所有的發動機測試台裡我覺得最神奇的是上層火箭發動機的真空測試台,就算人可以做乙個真空的環境來測試它。比如阿麗亞娜5號的二級火箭發動機vinci,真空18噸推力,這玩意每秒燒掉和噴出33.7公斤的氧氣和5.8公斤氫氣。再大的真空艙也秒秒鐘給你噴的不真空了啊,這類測試台利用超音速流體動力學,拿流體隔絕出了一塊真空環境。不得不說,工程師的腦洞也很大啊!

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